第九篇 晶振在藍(lán)牙系統(tǒng)中的選型設(shè)計

藍(lán)牙設(shè)備通過 2.4GHz 頻率范圍內(nèi)的短距離無線電傳輸進(jìn)行通信。

2.4 GHz 頻率范圍提供了許多通道，藍(lán)牙設(shè)備可以利用這些通道進(jìn)行通信,配對設(shè)備在這些通道之間同步跳轉(zhuǎn)，不斷尋求最小的干擾和最佳的信號質(zhì)量，這些技術(shù)需求都需要一個精準(zhǔn)的時鐘系統(tǒng)。

在創(chuàng)建藍(lán)牙電路設(shè)計時，工程師需要考慮時鐘抖動、信號噪聲和信號傳播延遲等變量。

在晶振選型時，絕大多數(shù)藍(lán)牙電路設(shè)計都采用32 MHz無源晶振，因為它具有出色的容差和穩(wěn)定性。但是，還有其他藍(lán)牙設(shè)計使用16 MHz、24 MHz、26 MHz、38.4 MHz和40 MHz等。

在無源晶振選型時，請注意頻率精度、穩(wěn)定度及負(fù)載電容CL等相關(guān)重要指標(biāo)。上電后，要實測晶振實際輸出頻率是否滿足設(shè)計要求，另外，有必要的話，還需要進(jìn)行溫測驗證，以保證在整個溫度范圍內(nèi)可以正常工作。

晶振，根據(jù)頻點、頻差、負(fù)載、有源無源、封裝、尺寸等多項參數(shù)的差異，可以分為成千上萬種，的確令人眼花繚亂。

那么，在晶振選型方面，我們首先需要注意什么呢？

第一點：晶振的頻率(Frequency)

如果PCBA上的芯片設(shè)計方案已經(jīng)確定，則必須選擇與之相配的頻率晶振，否則我們就需要修改我們MCU 的 PLL，重新調(diào)整系統(tǒng)頻率。

第二點：負(fù)載電容(CL)

對于無源晶振，我們要根據(jù)芯片方案所需晶振負(fù)載參數(shù)，選擇對應(yīng)負(fù)載電容參數(shù)的晶振。若負(fù)載電容選擇錯誤，會導(dǎo)致晶振輸出頻率嚴(yán)重偏移目標(biāo)頻率，容易造成系統(tǒng)開機不良，在藍(lán)牙系統(tǒng)中，表現(xiàn)的現(xiàn)象為鏈接不穩(wěn)定甚至無法鏈接。

這個頻偏在測試認(rèn)證中也是被關(guān)注的點，無論是 FCC 還是國內(nèi)的無線電委員會認(rèn)證都會對藍(lán)牙的頻偏做檢測。

第三點：頻差范圍(Frequency Tolerance)

確認(rèn)電子產(chǎn)品對晶振輸出頻率精度的要求。晶振的頻差范圍一般在±10PPM~±30PPM。

在藍(lán)牙和 Wi-Fi 的應(yīng)用重，對晶振頻率有高要求，建議選擇±10PPM及以上晶振產(chǎn)品。

第四點：晶振的老化

晶振的年老化率主要起因于晶片表面附著物的脫落、研磨過程對晶片造成的應(yīng)力、上架和鍍膜過程形成的支架與晶片及電極膜與晶片間的應(yīng)力變化、晶體表面吸附的氣體以及由于漏氣造成的電極膜表面的改變等。因此，脫落對質(zhì)量較小的晶片會有很大的影響，同樣的應(yīng)力變化對薄片的影響要比厚片的影響大得多，這就是頻率越高老化越大的根本原因。

第五點：抗電磁干擾性( Anti-EMI)

若電路板上雜散信號過多，無源晶振的頻率穩(wěn)定性會受到不同程度的非規(guī)律性的干擾。為了避免造成電子產(chǎn)品系統(tǒng)紊亂，建議選擇有源晶振。

第六點：對溫度的需求(Temperature)

一般晶振的溫度工作范圍為：-20℃~+70℃，若電子產(chǎn)品需要容忍更加大程度的溫度變化，建議選擇溫度范圍為-40℃~+85℃的寬溫晶振，或?qū)ｉT定制溫度范圍更寬的晶振產(chǎn)品。

溫度變化范圍超出晶振容忍范圍，晶振工作時容易發(fā)生頻率偏移導(dǎo)致不起振現(xiàn)象，造成電子產(chǎn)品無法正常工作。

第七點：對體積及尺寸有要求(Size)

一般情況下，晶振體積越大，功耗也會越大。

如果電子產(chǎn)品對晶振體積沒有要求，則可以選擇49S、49SMD系列晶振，該類晶振的特點是體積大，價格相對低，常用在如電腦主板，電視機、電話機等電子產(chǎn)品上。

另外，關(guān)于圓柱體晶振，鑒于在性價比方面日漸下降，該類產(chǎn)品已經(jīng)呈現(xiàn)快速退出應(yīng)用市場的趨勢，設(shè)計中最好不要選用了。

第八點：晶振輸出模式(Frequency Output Mode)

在選用晶振時，要考慮到電路需要的晶振輸出類型，一般分電平輸出和差分輸出兩種類型。

電平輸出：CMOS是最常用的一種輸出類型，而差分輸出：LVPECL和LVDS則屬于常見的差分輸出類型。不同的輸出類型之間可不隨便變換，特別是差分晶振與普通晶振。

第九點：對功耗的需求 (Low-power Consumption)

如果晶振應(yīng)用在對低功耗有較高要求的電子產(chǎn)品，比如需要通過電池作為電源的智能穿戴，藍(lán)牙耳機、手機等，建議選擇小體積、低功耗且精度較高的晶振。